17 feb. 1999
3 minuten
Na een aantal jaren van ontwikkeling start Bosch met de volumeproductie van vermogenshalfgeleiders gemaakt van siliciumcarbide (SiC), die aan autofabrikanten over de hele wereld worden geleverd.
"De toekomst voor halfgeleiders van siliciumcarbide is rooskleurig. We willen een wereldleider worden in de productie van SiC-chips voor elektromobiliteit", zegt Harald Kroeger, lid van de raad van bestuur van Robert Bosch – de enige autoleverancier die zijn eigen siliciumcarbidechips produceert.
Bosch heeft zijn eigen productieprocessen ontwikkeld, die het sinds begin 2021 gebruikt om de speciale halfgeleiders te produceren – aanvankelijk als monsters voor klantvalidatie. "Onze orderboeken zijn vol, dankzij de hausse in elektromobiliteit", zegt Kroeger.
Uitbreiding fabriek
In de toekomst is Bosch van plan zijn productiecapaciteit voor SiC-vermogenshalfgeleiders uit te breiden tot een eenheidsvolume dat in de honderden miljoenen loopt. Met dit in gedachten is het bedrijf al begonnen met het uitbreiden van de cleanroomruimte in de fabriek in Reutlingen.
Tegelijkertijd wordt er gewerkt aan de tweede generatie SiC-chips, die nog efficiënter zal zijn en vanaf 2022 in grote aantallen gereed moet zijn. Bosch krijgt steun voor de ontwikkeling van deze productieprocessen voor SiC-halfgeleiders van het Duitse Federaal Ministerie van Economische Zaken en Energie (BMWi) als onderdeel van het programma "Belangrijk project van gemeenschappelijk Europees belang (IPCEI) micro-elektronica".
Stijgende vraag
Over de hele wereld stijgt de vraag naar siliciumcarbide halfgeleiders. Een prognose van marktonderzoeks- en adviesbureau Yole geeft aan dat de SiC-markt als geheel tussen nu en 2025 met gemiddeld 30 procent per jaar zal groeien tot ruim 2,5 miljard dollar. Met zo’n 1,5 miljard dollar zal de SiC-automarkt naar verwachting het leeuwendeel gaan uitmaken.
"Siliciumcarbide vermogenshalfgeleiders maken bijzonder efficiënt gebruik van energie. De voordelen van dit materiaal komen echt naar voren in energie-intensieve toepassingen zoals elektromobiliteit", zegt Kroeger. Siliciumcarbide chips zorgen ervoor dat drivers zo’n 6 procent verder kunnen rijden dan bij hun pure silicium tegenhangers.
Om aan de gestaag toenemende vraag naar deze halfgeleiders te voldoen, werd in 2021 al 1.000 vierkante meter extra toegevoegd aan de cleanroomruimte van de Bosch wafer fab in Reutlingen. Eind 2023 komt daar nog eens 3.000 vierkante meter bij.
200 mm wafers
In de toekomst is het bedrijf van plan om de halfgeleiders op 200 millimeter wafers te vervaardigen. Vergeleken met de huidige wafers van 150 millimeter levert dit schaalvoordelen op. Het duurt enkele maanden voordat een enkele wafer in talloze machines enkele honderden processtappen doorloopt. "Door op grotere wafers te produceren, kunnen we aanzienlijk meer chips in één productierun produceren en dus meer klanten bedienen", zegt Kroeger.
Het geheim van SiC
Het geheim achter de indrukwekkende prestaties van SiC-chips zit in een koolstofatoom. Door het te introduceren in de kristallijne structuur van het ultrazuivere silicium dat gewoonlijk wordt gebruikt om halfgeleiders te vervaardigen, krijgt de grondstof speciale fysieke eigenschappen: siliciumcarbidehalfgeleiders ondersteunen bijvoorbeeld hogere schakelfrequenties dan pure siliciumchips. Bovendien verliezen ze slechts half zoveel energie in de vorm van warmte, waardoor de actieradius van elektrische voertuigen toeneemt.
Vermogenselektronica
De chips zijn ook belangrijk voor 800 volt-systemen, waar ze sneller opladen en betere prestaties mogelijk maken. Omdat de SiC-chips ook aanzienlijk minder warmte afgeven, heeft de vermogenselektronica minder dure koeling nodig. Naast het gewicht is dit een andere manier om de kosten van elektrische voertuigen te verlagen.
In de toekomst zal Bosch siliciumcarbide vermogenshalfgeleiders leveren, zowel als individuele chips als geïnstalleerd in vermogenselektronica of complete oplossingen zoals de e-axle. Deze combinatie van elektromotor, versnellingsbak en vermogenselektronica bereikt een efficiëntie tot 96 procent dankzij het efficiëntere ontwerp van het totale systeem. Hierdoor blijft er meer energie over voor de aandrijflijn, wat de actieradius vergroot.
Anderen lazen ook
